JP6919180B2 - スイッチ回路及び電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチ回路及び電源装置に関する。
近年、複数のバッテリを備えた電源システムが車両に搭載されるようになった。このような電源システムでは、バッテリ間の電気的接続をオン／オフするためのスイッチが設けられている。バッテリ間に設けられるスイッチは、頻繁にオン／オフされるため、メカニカルリレーよりも開閉寿命が長い半導体リレー（半導体スイッチ）が用いられることがある。一方で、半導体スイッチを用いた場合、短絡等によってスイッチに過大な電流が流れたときに、半導体素子が発熱し、この発熱によって半導体素子自体や周辺の部品が破損する虞がある。そのため、半導体スイッチを用いる場合、スイッチを構成する部品が耐熱温度まで上昇する前にスイッチをオフする構成が設けられている。また、不測の事態が発生してスイッチをオフできなくなった場合にスイッチを保護する保護回路も設けられている。例えば、保護回路は、半導体スイッチに並列に接続され、半導体スイッチに流れる電流を保護回路に分流することによって半導体スイッチに流れる電流を減らすように構成されている。
特許文献１には、基板上に溶融部材を介して導通部材が設けてあり、半導体スイッチの異常発熱時に溶融部材が溶融することで導通部材が基板上まで変位し、基板上に設けられた２つの端子に接触することによって、端子間を電気的に接続する保護回路が開示されている。
特許文献１に開示された保護回路では、溶融部材が溶融することで端子間が電気的に接続されるので、端子間が接続される温度（保護回路が作動する温度）は溶融部材の融点により決まる。しかしながら、所望の融点を実現できる素材を都合よく選定できるとは限らない。例えば、溶融部材に鉛フリーはんだを用いる必要がある場合、融点の調整が難しく、所望の融点の溶融部材を実現することは困難である。従って、保護回路が作動する温度を任意に設定することは容易ではない。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、任意の温度で作動する保護回路を備えたスイッチ回路及び電源装置を提供する。
本発明の一態様に係るスイッチ回路は、複数の電源を接続する電線に介装されるスイッチ回路において、前記電線に介装され、前記複数の電源間の接続をオン又はオフする半導体スイッチと、前記半導体スイッチに並列に接続され、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って変形することにより前記電源間の接続をオンする保護スイッチとを備え、前記保護スイッチは、前記電線にそれぞれ接続された端子対と、熱膨張率が異なる複数の導電部材を貼り合わせた導電板とを有し、前記導電板は、前記端子対の一方の端子に接続されており、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って前記端子対の前記一方の端子及び他方の端子間を接続するように変形し、前記端子対の少なくとも前記他方の端子は、導電性を有し所定の温度で溶融し、溶融した場合に電気抵抗が低減する溶融部材で構成されており、前記導電板が接触した状態で溶融した後に固化した場合、前記導電板との接続が維持される。
本発明の一態様に係る電源装置は、複数の電源と、上述のスイッチ回路とを備える。
上記によれば、任意の温度で作動する保護スイッチを備えたスイッチ回路及び電源装置を提供することが可能となる。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
（１）本発明の一態様に係るスイッチ回路は、複数の電源を接続する電線に介装されるスイッチ回路において、前記電線に介装され、前記複数の電源間の接続をオン又はオフする半導体スイッチと、前記半導体スイッチに並列に接続され、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って変形することにより前記電源間の接続をオンする保護スイッチとを備える。
本態様にあっては、半導体スイッチに並列に設けられる保護スイッチが、半導体スイッチの温度上昇に伴って変形することによって電源間の接続をオンする。温度上昇に伴う変形によって電源間の接続をオンする保護スイッチは、溶融部材の溶融によって端子間が接続される構成よりも、作動する温度の設定が容易である。よって、任意の温度で作動する保護スイッチを備えたスイッチ回路の実現が可能である。
（２）前記保護スイッチは、前記電線にそれぞれ接続された端子対と、熱膨張率が異なる複数の導電部材を貼り合わせた導電板とを有し、前記導電板は、前記端子対の一方の端子に接続されており、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って前記端子対の前記一方の端子及び他方の端子間を接続するように変形する構成が好ましい。
本態様にあっては、保護スイッチは、熱膨張率が異なる複数の導電部材を貼り合わせた導電板で構成してある。導電板は、半導体スイッチの温度上昇に伴って変形し、変形した導電板が端子間を接続する。例えば２種類の金属薄膜を貼り合わせたバイメタルは、変形する際の温度を容易に設定できるので、任意の温度で作動する保護スイッチの実現が可能である。
（３）前記端子対の少なくとも前記他方の端子は、導電性を有し所定の温度で溶融する溶融部材で構成されていることが好ましい。
本態様にあっては、作動（変形）した保護スイッチが接続する端子が、所定の温度で溶融する溶融部材で構成されている。よって、所定の温度以上になった場合に溶融部材の端子が溶融することにより、端子の電気抵抗の低減が可能である。
（４）前記保護スイッチは、前記電源間の接続をオンしている場合、前記半導体スイッチの温度低下に伴って元の形状に戻るように変形することにより前記電源間の接続をオフする構成が好ましい。
本態様にあっては、作動した保護スイッチは、半導体スイッチの温度低下に伴って元の形状に変形することによって電源間の接続をオフする。よって、保護スイッチが作動することによって半導体スイッチの温度が低下した場合には、保護スイッチによる電源間の接続がオフされ、半導体スイッチによる電源間の接続のみが行われる。
（５）前記保護スイッチは、前記電源間の接続をオンする際の温度よりも低い温度で前記電源間の接続をオフする構成が好ましい。
本態様にあっては、保護スイッチは、電源間の接続をオンする際の温度よりも低い温度で電源間の接続をオフする。よって、保護スイッチにて電源間が一旦接続された場合、電源間の接続がオフされる温度に下がるまで、電源間の接続が維持されるので、電源間の接続が頻繁にオン／オフされることを防止できる。
（６）本発明の一態様に係る電源装置は、複数の電源と、上述のいずれかのスイッチ回路とを備える。
本態様にあっては、任意の温度で作動する保護スイッチを備えたスイッチ回路を介して、複数の電源が接続される。
［本発明の実施形態の詳細］
以下に、本発明の一態様に係るスイッチ回路及び電源装置について、実施形態を示す図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下に、本発明の一態様に係るスイッチ回路及び電源装置について、実施形態を示す図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電源装置の構成例を示すブロック図である。実施形態１の電源装置は車両に搭載されている。また、実施形態１の電源装置は、２つの第１バッテリ４１及び第２バッテリ４３（電源）を備えており、バッテリ４１，４３を接続する電線４０に介装されたスイッチ回路１を有する。なお、バッテリ４１，４３はスイッチ回路１を介して並列に接続される。車両に搭載される電源装置は、３つ以上のバッテリを備える構成でもよく、この場合、それぞれのバッテリ間を接続する電線にスイッチ回路が介装される。
図１は、実施形態１に係る電源装置の構成例を示すブロック図である。実施形態１の電源装置は車両に搭載されている。また、実施形態１の電源装置は、２つの第１バッテリ４１及び第２バッテリ４３（電源）を備えており、バッテリ４１，４３を接続する電線４０に介装されたスイッチ回路１を有する。なお、バッテリ４１，４３はスイッチ回路１を介して並列に接続される。車両に搭載される電源装置は、３つ以上のバッテリを備える構成でもよく、この場合、それぞれのバッテリ間を接続する電線にスイッチ回路が介装される。
実施形態１の電源装置において、第１バッテリ４１にはカーナビゲーションシステム等の車載機器である負荷４２が並列に接続されている。また、第２バッテリ４３には、車両のエンジンを始動させるためのスタータ４４が並列に接続されている。第１バッテリ４１及び第２バッテリ４３には、負荷４２及びスタータ４４以外の負荷が更に並列に接続されていてもよい。
スイッチ回路１は、電線４０に介装され、バッテリ４１，４３間の接続をオン又はオフする半導体スイッチ２と、半導体スイッチ２のオン又はオフを制御するスイッチ制御部２０と、半導体スイッチ２に並列に接続された保護スイッチ３とを含む。図１は、半導体スイッチ２がＮチャネル型ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成されている例を示しているが、半導体スイッチ２はＰチャネル型ＦＥＴで構成することもできる。
スイッチ制御部２０は、第１バッテリ４１と第２バッテリ４３との接続を遮断すべきときに半導体スイッチ２をオフする。例えば、スイッチ制御部２０には、スタータ４４がエンジンを始動させる際に事前に通知信号が入力される。通知信号が入力された場合、スイッチ制御部２０は、半導体スイッチ２をオフし、第１バッテリ４１と第２バッテリ４３との接続を遮断する。
スタータ４４はエンジンを始動させる際に大量の電流を必要とするので、エンジン始動時に大きな電圧変動が生じる。よって、スタータ４４（第２バッテリ４３）側で生じる電圧変動による影響が第１バッテリ４１及び負荷４２に及ばないように、上述のようにスタータ４４によるエンジン始動の直前に第１バッテリ４１と第２バッテリ４３との接続を遮断しておく。
スタータ４４はエンジンを始動させる際に大量の電流を必要とするので、エンジン始動時に大きな電圧変動が生じる。よって、スタータ４４（第２バッテリ４３）側で生じる電圧変動による影響が第１バッテリ４１及び負荷４２に及ばないように、上述のようにスタータ４４によるエンジン始動の直前に第１バッテリ４１と第２バッテリ４３との接続を遮断しておく。
スイッチ制御部２０は、第２バッテリ４３の電圧が回復した後、半導体スイッチ２をオンし、第１バッテリ４１と第２バッテリ４３との接続を再開する。なお、スイッチ制御部２０は、通常時では、半導体スイッチ２をオンしており、これにより、通常時は２つのバッテリ４１，４３からの電力が負荷４２等に供給される。
実施形態１の電源装置において、例えば第２バッテリ４３側で短絡が生じた場合、第１バッテリ４１から半導体スイッチ２及び短絡経路を大電流が流れる状況が発生する。半導体スイッチ２に大電流が流れた場合、半導体スイッチ２を構成する半導体素子が発熱し、半導体素子自体や周辺の部品が過熱状態となり、各部品が破損する虞がある。
そこで、実施形態１の電源装置では、各部品が過熱状態となる前に保護スイッチ３が作動し、保護スイッチ３を介したバッテリ４１，４３間の接続がオンされるように構成してある。保護スイッチ３が作動した場合、半導体スイッチ２に流れる大電流が保護スイッチ３に分流されるので、半導体スイッチ２に流れる電流を減らすことができる。その結果、半導体素子の発熱が抑えられ、各部品の破損を防止できる。
そこで、実施形態１の電源装置では、各部品が過熱状態となる前に保護スイッチ３が作動し、保護スイッチ３を介したバッテリ４１，４３間の接続がオンされるように構成してある。保護スイッチ３が作動した場合、半導体スイッチ２に流れる大電流が保護スイッチ３に分流されるので、半導体スイッチ２に流れる電流を減らすことができる。その結果、半導体素子の発熱が抑えられ、各部品の破損を防止できる。
図２は、実施形態１の保護スイッチ３の構成例を示す断面図である。図２Ａはオフ状態（非作動状態）の保護スイッチ３を示し、図２Ｂ，Ｃはオン状態（作動状態）の保護スイッチ３を示す。
実施形態１の保護スイッチ３は、基板５０上に離れて形成されたバスバー５１ａ，５１ｂ間に設けられている。バスバー５１ａ，５１ｂは導電性材料で構成されており、バスバー５１ａ，５１ｂのそれぞれには電線４０が接続されている。例えば、図１に示す電線４０において、スイッチ回路１の左側に接続されている電線４０は、バスバー５１ａに接続されており、スイッチ回路１の右側に接続されている電線４０は、バスバー５１ｂに接続されている。このような構成において、保護スイッチ３がバスバー５１ａ，５１ｂ間の接続をオン又はオフすることにより、電線４０を介したバッテリ４１，４３間の接続がオン又はオフされる。なお、半導体スイッチ２も、バスバー５１ａ，５１ｂ間の接続をオン又はオフするように設けられている。
実施形態１の保護スイッチ３は、基板５０上に離れて形成されたバスバー５１ａ，５１ｂ間に設けられている。バスバー５１ａ，５１ｂは導電性材料で構成されており、バスバー５１ａ，５１ｂのそれぞれには電線４０が接続されている。例えば、図１に示す電線４０において、スイッチ回路１の左側に接続されている電線４０は、バスバー５１ａに接続されており、スイッチ回路１の右側に接続されている電線４０は、バスバー５１ｂに接続されている。このような構成において、保護スイッチ３がバスバー５１ａ，５１ｂ間の接続をオン又はオフすることにより、電線４０を介したバッテリ４１，４３間の接続がオン又はオフされる。なお、半導体スイッチ２も、バスバー５１ａ，５１ｂ間の接続をオン又はオフするように設けられている。
具体的には、保護スイッチ３は、バスバー５１ａの上面に設けられた第１端子３１と、バスバー５１ｂの上面に設けられた第２端子３２と、第２端子３２に一端が固定（接続）された矩形の導電板３０とを含む。第１端子３１及び第２端子３２（端子対）は、導電性材料で形成されており、それぞれバスバー５１ａ，５１ｂを介して電線４０に接続される。
導電板３０は、熱膨張率が異なる２つの金属薄膜（導電部材）３０ａ，３０ｂを貼り合わせて構成されたバイメタルで形成されている。導電板３０は、一端のみが第２端子３２に接続された状態で基板５０（バスバー５１ｂ）に取り付けられており、通常時では図２Ａに示すように、導電板３０の他端は第１端子３１に接続されていない。即ち、通常時では、保護スイッチ３はオフ状態（非作動状態）であり、第１端子３１及び第２端子は電気的に接続されない。
導電板３０は、熱膨張率が異なる２つの金属薄膜（導電部材）３０ａ，３０ｂを貼り合わせて構成されたバイメタルで形成されている。導電板３０は、一端のみが第２端子３２に接続された状態で基板５０（バスバー５１ｂ）に取り付けられており、通常時では図２Ａに示すように、導電板３０の他端は第１端子３１に接続されていない。即ち、通常時では、保護スイッチ３はオフ状態（非作動状態）であり、第１端子３１及び第２端子は電気的に接続されない。
導電板３０は、周辺温度の上昇に伴って変形するように構成されており、実施形態１では、図２Ａに示すように反った形状から、図２Ｂ，Ｃに示すように直線形状に変形するように構成されている。図２に示す導電板３０は、例えば熱膨張率が大きい金属薄膜３０ａを上側にして取り付けられている。
保護スイッチ３は、導電板３０が変形して導電板３０の他端が第１端子３１に接続することによってバッテリ４１，４３間の接続をオンするオン状態（作動状態）となる。従って、半導体スイッチ２の仕様に応じて半導体スイッチ２が過熱状態となる前に保護スイッチ３が作動するように、導電板３０が変形する温度を設定すればよい。なお、導電板３０は、例えば鉄及びニッケルの合金に、マンガン、クロム、銅等を添加して作られた金属薄膜３０ａ，３０ｂで構成されており、導電板３０が変形する温度は、金属薄膜３０ａ，３０ｂの材料及び各材料の含有量によって任意に設定できる。また、初期形状の調整によっても、導電板３０の他端が第１端子３１に接続する温度を調整できる。なお、保護スイッチ３の周辺温度が半導体スイッチ２の温度と近い温度となるように、保護スイッチ３は半導体スイッチ２の近傍に配置することが好ましい。
保護スイッチ３は、導電板３０が変形して導電板３０の他端が第１端子３１に接続することによってバッテリ４１，４３間の接続をオンするオン状態（作動状態）となる。従って、半導体スイッチ２の仕様に応じて半導体スイッチ２が過熱状態となる前に保護スイッチ３が作動するように、導電板３０が変形する温度を設定すればよい。なお、導電板３０は、例えば鉄及びニッケルの合金に、マンガン、クロム、銅等を添加して作られた金属薄膜３０ａ，３０ｂで構成されており、導電板３０が変形する温度は、金属薄膜３０ａ，３０ｂの材料及び各材料の含有量によって任意に設定できる。また、初期形状の調整によっても、導電板３０の他端が第１端子３１に接続する温度を調整できる。なお、保護スイッチ３の周辺温度が半導体スイッチ２の温度と近い温度となるように、保護スイッチ３は半導体スイッチ２の近傍に配置することが好ましい。
上述した構成の保護スイッチ３は、例えば半導体スイッチ２に大電流が流れることによって半導体スイッチ２（半導体素子）が異常発熱した場合、半導体スイッチ２の温度上昇に伴って導電板３０が変形する。そして、図２Ｂに示すように導電板３０の他端が第１端子３１に接触した時点で、保護スイッチ３がオン状態となる（作動する）。保護スイッチ３が作動した場合、半導体スイッチ２に流れる大電流が保護スイッチ３に分流されるので、半導体スイッチ２に流れる電流が減り、半導体素子及び周囲の部品が過熱状態となることを回避できる。
半導体スイッチ２に流れる電流が減少した場合、半導体スイッチ２（半導体素子）の温度が低下してくる。よって、作動中の保護スイッチ３において、半導体スイッチ２の温度低下に伴って導電板３０が元の形状に戻るように変形する。即ち、図２Ｂに示す形状の導電板３０が、図２Ａに示す形状に変形する。そして、図２Ａに示すように導電板３０の他端が第１端子３１から離れた時点で、保護スイッチ３は、バッテリ４１，４３間の接続をオフするオフ状態となり、通常状態に戻る。
導電板３０を構成する金属薄膜３０ａ，３０ｂ、並びに、第１端子３１及び第２端子３２は、電気抵抗が小さい導電性材料で構成されることが好ましい。これにより、保護スイッチ３が作動した場合に、半導体スイッチ２に流れる電流をより減らすことができる。また、導電板３０の一端と第２端子３２とは、はんだ又はビス等を用いて固定されている。導電板３０の一端と第２端子３２とを固定する部材も電気抵抗が小さい導電性材料で構成されていることが好ましい。
第１端子３１は、所定の温度で溶融する溶融部材で構成してもよい。例えば、保護スイッチ３が作動する温度（導電板３０が変形する温度）よりも高い温度で溶融する溶融部材で第１端子３１を構成することができる。この場合、図２Ｂに示すように保護スイッチ３がオン状態となってから、更に半導体スイッチ２（半導体素子）の温度が上昇して第１端子３１の溶融温度に到達した場合に、図２Ｃに示すように第１端子３１が溶融する。溶融部材としては例えばはんだを用いることができ、はんだを用いた場合、第１端子３１の溶融後の電気抵抗が低減する。溶融部材（第１端子３１）が溶融する程に半導体スイッチ２が過熱状態となった場合、半導体スイッチ２が復旧する可能性は低い。よって、第１端子３１が溶融する状況が生じた場合には、第１端子３１の電気抵抗をより低減させることにより、半導体スイッチ２に流れる電流の更なる低減を図ることができる。なお、第１端子３１が溶融した後に半導体スイッチ２の温度が低下して第１端子３１が固化した場合には、導電板３０の他端と第１端子３１とが、固化した溶融部材（第１端子３１）で接続されるので、保護スイッチ３のオン状態が維持される。よって、この場合、復旧する可能性が低い半導体スイッチ２だけでなく保護スイッチ３を介したバッテリ４１、４３間の接続が維持できるので、電源装置の通常動作が可能となる。なお、はんだは溶融した後に固化した場合、低抵抗となるので、溶融部材として用いることが好ましい。
実施形態１では、保護スイッチ３が、バイメタルを用いた導電板３０で構成されている。バイメタルは、任意の温度で変形するように調整できるので、任意の温度で作動する保護スイッチ３を容易に実現できる。よって、配置される環境に適切な保護スイッチ３を構成でき、適切な保護スイッチ３が設けられたスイッチ回路１及び電源装置の設置が可能となる。
なお、導電板３０は、２種類の金属薄膜３０ａ，３０ｂを貼り合わせたバイメタルを用いる構成に限らない。任意の温度で変形するものであれば、３種類以上の金属薄膜を貼り合わせて導電板３０を構成してもよく、形状記憶合金のように１種類の金属薄膜で導電板３０を構成してもよい。
なお、導電板３０は、２種類の金属薄膜３０ａ，３０ｂを貼り合わせたバイメタルを用いる構成に限らない。任意の温度で変形するものであれば、３種類以上の金属薄膜を貼り合わせて導電板３０を構成してもよく、形状記憶合金のように１種類の金属薄膜で導電板３０を構成してもよい。
（実施形態２）
実施形態２の電源装置は、保護スイッチ３の構成以外は実施形態１の電源装置と同様の構成を有するので、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図３は、実施形態２の保護スイッチ３の構成例を示す断面図である。図３Ａはオフ状態（非作動状態）の保護スイッチ３を示し、図３Ｂ，Ｃはオン状態（作動状態）の保護スイッチ３を示す。なお、保護スイッチ３においても、実施形態１と同様の構成については同一の符号及び名称を付す。
実施形態２の電源装置は、保護スイッチ３の構成以外は実施形態１の電源装置と同様の構成を有するので、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図３は、実施形態２の保護スイッチ３の構成例を示す断面図である。図３Ａはオフ状態（非作動状態）の保護スイッチ３を示し、図３Ｂ，Ｃはオン状態（作動状態）の保護スイッチ３を示す。なお、保護スイッチ３においても、実施形態１と同様の構成については同一の符号及び名称を付す。
実施形態２の保護スイッチ３も、基板５０上に形成されたバスバー５１ａ，５１ｂ間に設けられている。実施形態２の保護スイッチ３は、バスバー５１ｂの上面に設けられた第１端子３１と、バスバー５１ａの上面に設けられた第２端子３２と、導電板３０とを含む。また実施形態２の保護スイッチ３は、バスバー５１ｂの上面において、第１端子３１を挟んで第２端子３２に対向する位置に、絶縁性材料で構成された絶縁支持体３３を有する。実施形態２の導電板３０は、図３Ａに示すように、湾曲した矩形板状に形成してあり、一端が第２端子３２に固定され、他端が絶縁支持体３３に固定され、上側に湾曲した状態で基板５０（バスバー５１ａ，５１ｂ）に取り付けられている。よって、導電板３０の一端は第２端子３２及びバスバー５１ａを介して電線４０に電気的に接続されているが、他端は第１端子３１及びバスバー５１ｂ（電線４０）に電気的に接続されていない。即ち、通常時では、保護スイッチ３はオフ状態（非作動状態）であり、第１端子３１及び第２端子は電気的に接続されていない。
導電板３０、第１端子３１及び第２端子３２はそれぞれ、実施形態１の導電板３０、第１端子３１及び第２端子３２と同様の構成を有する。また、導電板３０の一端と第２端子３２とは、はんだ又はビス等を用いて固定されており、固定する部材は電気抵抗が小さい導電性材料で構成されていることが好ましい。
実施形態２の導電板３０は、両端が第２端子３２及び絶縁支持体３３に固定されているので、周辺温度が上昇した場合、図３Ａに示すように上側に湾曲した形状から、図３Ｂ，Ｃに示すように下側に湾曲した形状に変形するように構成されている。なお、熱膨張率が大きい金属薄膜３０ａを上側にして導電板３０を取り付けることにより、導電板３０はこのような変形を行うことができる。
上述した構成の保護スイッチ３は、半導体スイッチ２（半導体素子）が異常発熱した場合、半導体スイッチ２の温度上昇に伴って導電板３０が変形し、図３Ｂに示すように導電板３０（金属薄膜３０ｂ）の下面が第１端子３１に接触した時点でオン状態となる（作動する）。これにより、第１端子３１と第２端子３２との間が接続され、バッテリ４１，４３間の接続がオンされる。実施形態２においても、保護スイッチ３が作動した場合、半導体スイッチ２に流れる大電流が保護スイッチ３に分流されるので、半導体スイッチ２に流れる電流が減り、半導体素子が過熱状態となることを回避できる。
また、作動中の保護スイッチ３において、半導体スイッチ２の温度が低下した場合、導電板３０が元の形状に戻るように変形し、図３Ａに示すように導電板３０の下面が第１端子３１から離れた時点で、保護スイッチ３がオフ状態となり、通常状態に戻る。
実施形態２の保護スイッチ３では、図３Ａに示す形状から図３Ｂに示す形状に変形する場合と、図３Ｂに示す形状から図３Ａに示す形状に戻る場合とでは、変形に要するエネルギーが異なる。よって、金属薄膜３０ａ，３０ｂの熱膨張率を適切に設定することにより、保護スイッチ３を、オフ状態からオン状態に切り替わる際の温度よりも低い温度でオン状態からオフ状態に切り替わるように構成できる。これにより、保護スイッチ３が頻繁にオン／オフされることを防止できる。
また、実施形態２の保護スイッチ３では、図３Ａに示すように導電板３０は湾曲した状態で両端が第２端子３２及び絶縁支持体３３に固定されている。よって、半導体スイッチ２が異常発熱した場合に、熱膨張率が大きい金属薄膜３０ａが金属薄膜３０ｂを下向きに押し、金属薄膜３０ａによる押圧力が所定値以上となった場合に、図３Ｂに示す状態に変形する。即ち、保護スイッチ３にヒステリシスを作ることができ、この変形は座屈と呼ばれる現象を利用している。
実施形態２の保護スイッチ３では、図３Ａに示す形状から図３Ｂに示す形状に変形する場合と、図３Ｂに示す形状から図３Ａに示す形状に戻る場合とでは、変形に要するエネルギーが異なる。よって、金属薄膜３０ａ，３０ｂの熱膨張率を適切に設定することにより、保護スイッチ３を、オフ状態からオン状態に切り替わる際の温度よりも低い温度でオン状態からオフ状態に切り替わるように構成できる。これにより、保護スイッチ３が頻繁にオン／オフされることを防止できる。
また、実施形態２の保護スイッチ３では、図３Ａに示すように導電板３０は湾曲した状態で両端が第２端子３２及び絶縁支持体３３に固定されている。よって、半導体スイッチ２が異常発熱した場合に、熱膨張率が大きい金属薄膜３０ａが金属薄膜３０ｂを下向きに押し、金属薄膜３０ａによる押圧力が所定値以上となった場合に、図３Ｂに示す状態に変形する。即ち、保護スイッチ３にヒステリシスを作ることができ、この変形は座屈と呼ばれる現象を利用している。
実施形態２においても、第１端子３１は、所定の温度（保護スイッチ３が作動する温度よりも高い温度）で溶融する溶融部材で構成することができる。この場合、図３Ｂに示すように保護スイッチ３がオン状態となってから、更に半導体スイッチ２（半導体素子）の温度が上昇して第１端子３１の溶融温度に到達した場合に、図３Ｃに示すように第１端子３１が溶融する。溶融部材としてはんだを用いた場合、半導体スイッチ２が復旧する可能性が低いときに、第１端子３１（溶融部材）を溶融させることにより、第１端子３１の電気抵抗をより低減させることができる。
また、第１端子３１が溶融した後に半導体スイッチ２の温度が低下して第１端子３１が固化した場合には、導電板３０の下面と第１端子３１とが、固化した溶融部材（第１端子３１）で接続されるので、保護スイッチ３のオン状態を維持することができる。
また、第１端子３１が溶融した後に半導体スイッチ２の温度が低下して第１端子３１が固化した場合には、導電板３０の下面と第１端子３１とが、固化した溶融部材（第１端子３１）で接続されるので、保護スイッチ３のオン状態を維持することができる。
実施形態２のスイッチ回路１においても、実施形態１のスイッチ回路１と同様の効果が得られる。また、実施形態２においても、導電板３０は、バイメタルを用いる構成に限らず、３種類以上の金属薄膜を貼り合わせて構成してもよく、また、形状記憶合金のように１種類の金属薄膜で構成してもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ スイッチ回路
２ 半導体スイッチ
３ 保護スイッチ
３０導電板
３１ 第１端子
３２ 第２端子
３３ 絶縁支持体
４０ 電線
４１ 第１バッテリ
４３ 第２バッテリ
３０ａ，３０ｂ 金属薄膜
２ 半導体スイッチ
３ 保護スイッチ
３０導電板
３１ 第１端子
３２ 第２端子
３３ 絶縁支持体
４０ 電線
４１ 第１バッテリ
４３ 第２バッテリ
３０ａ，３０ｂ 金属薄膜
Claims (4)
- 複数の電源を接続する電線に介装されるスイッチ回路において、
前記電線に介装され、前記複数の電源間の接続をオン又はオフする半導体スイッチと、
前記半導体スイッチに並列に接続され、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って変形することにより前記電源間の接続をオンする保護スイッチと
を備え、
前記保護スイッチは、
前記電線にそれぞれ接続された端子対と、
熱膨張率が異なる複数の導電部材を貼り合わせた導電板とを有し、
前記導電板は、前記端子対の一方の端子に接続されており、前記半導体スイッチの温度上昇に伴って前記端子対の前記一方の端子及び他方の端子間を接続するように変形し、
前記端子対の少なくとも前記他方の端子は、導電性を有し所定の温度で溶融し、溶融した場合に電気抵抗が低減する溶融部材で構成されており、前記導電板が接触した状態で溶融した後に固化した場合、前記導電板との接続が維持されるスイッチ回路。 - 前記保護スイッチは、前記電源間の接続をオンしている場合、前記半導体スイッチの温度低下に伴って元の形状に戻るように変形することにより前記電源間の接続をオフする
請求項１に記載のスイッチ回路。 - 前記保護スイッチは、前記電源間の接続をオンする際の温度よりも低い温度で前記電源間の接続をオフする
請求項２に記載のスイッチ回路。 - 複数の電源と、
請求項１から３までのいずれかひとつに記載のスイッチ回路と
を備える電源装置。
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